核廢料分類及處理

1、核廢料分類及處理現(xiàn)狀核廢料定義核廢料：泛指在核燃料采掘、生產(chǎn)、加工和乏燃料后處理核設(shè)施退役以及核反應(yīng)堆用過的不再需要的并具有放射性的廢物。核廢料分類 通常所說的核廢料包括低放射性核廢料、中放射性核廢料和高放射性核廢料三類。 第一種通常是核電站生產(chǎn)過程中被輻射過的一些物品及一些廢氣廢液； 第二種通常是發(fā)電過程中所產(chǎn)生的一些廢液廢物； 第三種則是從堆芯中置換下來的乏燃料，因其利用率僅僅達(dá)到了百分之幾，具有很高的放射性。核廢料特征（1）放射性：核廢料一般都具有放射性，其唯一的消除方法是靠自身的放射性核素不斷衰變，普通的物理、化學(xué)和生物方法都無效。（2）射線危害：核廢料放出的射線通過物質(zhì)時,發(fā)生電離和

2、激發(fā)作用,對生物體會引起輻射損傷。（3）熱能釋放：核廢料中放射性核素會通過衰變不斷放出熱量,所包含的放射性核素越高，釋放出的熱能越多，從而導(dǎo)致核廢料溫度和盛放核廢料的容器溫度都不斷升高，有一定的危險性。核廢料來源 核能的廣泛利用必然產(chǎn)生大量核廢料。從核燃料的開采，到燃料元件的制造，再到核電廠的運(yùn)行以及乏燃料的后處理和核設(shè)施的退役，都將伴隨著核廢物的產(chǎn)生。具體如下：（1）鈾（釷）礦山、水冶廠、精煉廠、鈾濃縮廠、釷冶金廠、燃料元件加工廠等（2）各種類型反應(yīng)堆，包括研究堆、核電站、核動力船艦、核動力衛(wèi)星等（3）反應(yīng)堆輻照過的燃料元件（乏燃料）的后處理與提取裂變元素和超鈾元素的過程（4）核廢物處理與核

3、燃料和核廢物運(yùn)輸過程（5）放射性同位素的生產(chǎn)和應(yīng)用過程，包括中高能加速器的運(yùn)行，醫(yī)院、研究所及大專院校的相關(guān)研究活動（6）核武器的生產(chǎn)、試驗(yàn)和爆炸過程（7）核設(shè)施（設(shè)備）的退役過程核廢料來源核廢料處理 核廢料多種多樣，需根據(jù)不同的形態(tài)或者核素的高低而進(jìn)行不同方法的處理。大體分為放射性廢氣處理，放射性廢液處理，固化處理和處理后或未處理的最終處置方法。放射性氣體處理 放射性廢氣排入周圍環(huán)境會使得人體遭受放射性內(nèi)照射的危害，吸入受污染的空氣，飲食含有放射性物質(zhì)的水和食物，會損傷人體健康。因此放射性廢氣的排放應(yīng)嚴(yán)格遵照輻射安全規(guī)定的每個核素排放限值，對其進(jìn)行嚴(yán)格處理，保證環(huán)境不受危害。 工藝系統(tǒng)中的廢

4、氣主要是比放較高的惰性氣體氖和碘，而廠房排風(fēng)系統(tǒng)一般含有活化氣體和氣溶膠以及危害較大但量少的碘131。一般處理方法是先通過除塵器、冷凝器、硝酸汞除碘洗滌器和NOx吸收器進(jìn)行處理，然后，再依次通過第二除碘洗滌器、含銀沸石除碘吸收器和高效顆粒過濾器進(jìn)行處理，最后經(jīng)由100米以上的大煙囪排入大氣。放射性廢液處理 放射性廢液由于其易浸透、有腐蝕性、不易貯存等原因，它的處理最為重要。主要的處理方法簡要介紹如下：（1）化學(xué)沉淀法（2）離子交換法（3）電滲析法核廢料固化 放射性廢液固化要固定住廢液，能長期禁錮住放射性核素。通常以輻照穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性，機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性來度量其性能。主要的固化處理方法如下

5、：(1)水泥固化(2)瀝青固化(3)塑料固化(4)玻璃固化(5)人造巖石固化，僅具有理論基礎(chǔ)核廢料處理后的處置(1)海洋處置在海床下貯存，在海洋的大部分區(qū)域，海床都由厚重的粘土構(gòu)成，最適合吸收放射性衰變產(chǎn)物。(2)近地表處置(3)地質(zhì)處置(4)太空處置宇宙本身就會產(chǎn)生放射性物質(zhì)，同時也可以充當(dāng)?shù)厍蚝藦U料的一個儲存?zhèn)}庫。如果穿越太陽系，或者墜入太陽之中，核廢料便很難對地球上的生物帶來很大威脅。但即使太空發(fā)射的安全性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，在將來的某一天，我們也許需要重新找回這些物質(zhì)。钚、銫、鍶等本身就是有限資源，如果裂變反應(yīng)堆技術(shù)先進(jìn)到一定程度，它們會成為燃料。核廢料處理后的處置深礦貯存 冰帽貯存將其埋入南北

6、極冰帽下與地層巖石緊接處?！薄靶屡d核廢料處置技術(shù)（1）冰凍處理 核廢料溫度很高。將核廢料球放入較為穩(wěn)定的冰原，它們會隨著周圍冰的融化向下移動，之上的融冰則又再次凝固。這一想法遭到拒絕的原因很多，其中一個原因便是冰原會發(fā)生移動，導(dǎo)致放射性物質(zhì)會像冰山一樣在海洋中漂浮（2）使用液壓籠 如果在核廢料周圍建造一個類似三維壕溝的水籠，地下水便被賦予一條替代路徑，不會滲入放射性物質(zhì)。未來的核廢料處理裝置應(yīng)該可以做到防泄漏，而液壓籠的作用則是防止地下水污染這一最嚴(yán)重的情況發(fā)生。”“新興核廢料處置技術(shù)（3）埋入俯沖帶 將核廢料埋入俯沖帶可以讓用過的核燃料棒沿著地球構(gòu)造板塊的“傳送帶”移動并最終進(jìn)入地幔。與海床

7、下儲存一樣，埋入俯沖帶這種處理方式也違背國際條約。同時，來自俯沖帶海床的巖漿會隨著火山涌出，這也是一個不得不考慮的因素。乏燃料后處理 核廢料中最難解決，同時危害最大、半衰期最長的就是乏燃料。乏燃料很自然的成為核廢料管理的重中之重。乏燃料一般都需要進(jìn)行后處理才能最終處置。乏燃料后處理也是保證核電可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。通過后處理可以從輻照后乏燃料中回收有用的鈾和钚，再制成新燃料元件返回?zé)岫鸦蚩於咽褂茫梢源蟠筇岣哜欃Y源的利用率。乏燃料后處理 輻照過的乏燃料后處理的工藝方法可分為水法和干法兩大類。所謂水法，就是把乏燃料溶解于酸中，再用沉淀、溶劑萃取、離子交換或吸附等方法使鈾、钚與裂變產(chǎn)物互相分離，因

8、各道工序均為水相操作。故稱為水法。水法已在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，水法流程對鈾、钚的回收率分別可達(dá)99.8%和99.5%以上。（1）首端處理。首端處理包括機(jī)械處理和化學(xué)處理兩部分。（2）機(jī)械處理。首端機(jī)械處理將乏燃料組件切割成小短段，使鈾從包殼中裸露出來以便化學(xué)溶解燃料芯體。乏燃料用硝酸在沸騰或非沸騰溫度下浸取，溶解包殼中的二氧化鈾。溶解所得的硝酸鈾酰溶液禽有不溶殘?jiān)杞?jīng)過澄清過濾除去，過濾所得的澄清液經(jīng)調(diào)節(jié)钚、镎價態(tài)后送去化學(xué)分離過程處理。乏燃料后處理（3）化學(xué)分離。化學(xué)分離過程是使鈾、钚與放射性裂變產(chǎn)物分離以及鈾、钚之間的分離純化。目前世界各國后處理廠化學(xué)分離工藝都是采用purex溶劑萃取流

9、程，以30%磷酸三丁酯(TBP)為萃取劑，以正十二烷或加氫煤油為稀釋劑，進(jìn)行液-液萃取，一般經(jīng)過三個溶劑萃取循環(huán)，即共去污分離循環(huán)，鈾線二、三循環(huán)，钚線二、三循環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)流程，也有采用兩個萃取循環(huán)的流程。（4）鈾、環(huán)尾端處理。鈾、環(huán)尾端處理是將硝酸鈾酰和硝酸钚溶液制成氧化物產(chǎn)晶，硝酸鈾酰采用流化床脫硝制成二氧化鈾。硝酸钚經(jīng)草酸沉淀、煅燒制成二氧化钚。乏燃料后處理Purex主要工藝步驟核廢料危害（1）核廢料對人類的主要危害源于放射性輻射。（2）核廢料對環(huán)境的危害，深埋地下的核廢料中放射性核素在衰變過程中放射出衰變熱，相當(dāng)于在地下介質(zhì)場附加了一個熱源。熱源的存在影響到地下介質(zhì)場之核素遷移；另外溫度變

10、化也可能造成裂隙之張開與閉合，即影響到地下應(yīng)力場。此外廢料固化體的核素可能從包裝容器從浸出，隨著地下水的遷移有可能進(jìn)入生物圈，從而對人類環(huán)境造成影響。我國核廢料管理現(xiàn)狀 根據(jù)目前的實(shí)際運(yùn)行情況，到2020年國內(nèi)核電站每年將產(chǎn)生5000立方米左右的固體核廢物。關(guān)于核廢料管理的技術(shù)和能力相對落后，尤其在工程技術(shù)與裝備上差距較大。我國已建成運(yùn)行的低中放固體廢物處置場共2座，批準(zhǔn)的處置容量為6萬立方米和8萬立方米，遠(yuǎn)低于核電廠運(yùn)行固體廢物的積存量，我國提出將在2050年前后建成高放廢物處置庫，我國核廢料管理困境（1）現(xiàn)行法律法規(guī)體系不完善（2）各部門管理職責(zé)分工不合理（3）核廢料處理技術(shù)能力落后（4）核廢料處理資金投入不足（5）核廢料運(yùn)輸管理有待完善（6）核廢料處置庫廠